Erupcja Mount Pinatubo w czerwcu 1991 roku była jednym z najważniejszych naturalnych eksperymentów klimatycznych XX wieku. Wulkan znajdujący się na filipińskiej wyspie Luzon wyrzucił do stratosfery około dwudziestu milionów ton dwutlenku siarki. Gaz ten przekształcił się w aerozole siarczanowe, które rozproszyły się wokół całej planety. W ciągu kilkunastu miesięcy średnia temperatura powierzchni Ziemi spadła o około pół stopnia Celsjusza. Ochłodzenie utrzymywało się przez dwa do trzech lat, po czym system klimatyczny stopniowo powrócił do wcześniejszego trendu ociepleniowego.

To wydarzenie stało się punktem odniesienia dla współczesnych debat o możliwości celowego chłodzenia planety przez człowieka.

Pinatubo pokazał kilka kluczowych rzeczy. Po pierwsze udowodnił, że stosunkowo niewielka zmiana w bilansie radiacyjnym planety może mieć globalne konsekwencje temperaturowe. Aerozole siarczanowe w stratosferze odbijają część promieniowania słonecznego z powrotem w kosmos, zwiększając albedo Ziemi. Po drugie erupcja potwierdziła, że efekt ten jest przejściowy. Cząstki siarczanów stopniowo opadają i są usuwane z atmosfery w ciągu kilku lat. Po trzecie ujawniła skutki uboczne takie jak zmiany w cyrkulacji atmosferycznej, osłabienie monsunu w niektórych regionach czy przejściowe zubożenie warstwy ozonowej.

W latach 90. i 00. badacze zaczęli coraz poważniej rozważać koncepcję geoinżynierii klimatu.

Jednym z głównych nurtów tej dziedziny jest zarządzanie promieniowaniem słonecznym. Idea polega na tym, aby sztucznie zwiększyć odbijalność Ziemi i w ten sposób przeciwdziałać ociepleniu wywołanemu przez gazy cieplarniane. Pinatubo stał się naturalnym modelem pokazującym, że mechanizm działa. Pytanie brzmi, czy można go zastosować w sposób kontrolowany, przewidywalny i bezpieczny. Najczęściej omawianym scenariuszem jest celowe wprowadzanie związków siarki do stratosfery. Technicznie mogłoby to polegać na wykorzystaniu specjalnie przystosowanych samolotów wysokiego pułapu, balonów stratosferycznych lub nawet artylerii do rozpylania dwutlenku siarki lub jego prekursorów na wysokości około dwudziestu kilometrów.

Modele klimatyczne sugerują, że emisja kilku milionów ton siarki rocznie mogłaby zrównoważyć znaczną część obecnego ocieplenia. Koszty takiego programu byłyby relatywnie niewielkie w porównaniu z globalnymi wydatkami energetycznymi.

Jednak problem polega na złożoności systemu klimatycznego. Ochłodzenie średniej globalnej temperatury nie oznacza przywrócenia klimatu do stanu sprzed epoki przemysłowej. Rozkład opadów mógłby się zmienić. Niektóre regiony mogłyby stać się bardziej suche, inne bardziej wilgotne. Istnieje ryzyko zakłócenia cyrkulacji monsunowej w Azji i Afryce, od której zależy wyżywienie setek milionów ludzi. Aerozole siarczanowe wpływają także na chemię stratosfery, potencjalnie nasilając procesy niszczenia ozonu. Pinatubo dostarczył empirycznych danych na temat tych efektów, pokazując przejściowy wzrost dziury ozonowej na początku lat 90. Innym kluczowym problemem jest tzw. efekt odstawienia. Jeśli ludzkość rozpoczęłaby program stałego rozpylania siarki, musiałaby go kontynuować przez dekady lub stulecia, dopóki stężenie dwutlenku węgla w atmosferze pozostaje wysokie. Nagłe przerwanie programu spowodowałoby gwałtowny skok temperatury, ponieważ gazy cieplarniane nadal zatrzymują ciepło. Taki szok klimatyczny mógłby być bardziej niebezpieczny niż stopniowe ocieplenie.

W debacie publicznej pojawiają się również bardziej radykalne pomysły, takie jak wykorzystanie eksplozji nuklearnych do wytworzenia sztucznej chmury pyłów w stratosferze.

Historia zna przykład tak zwanego nuklearnego zimy, czyli scenariusza, w którym masowe detonacje jądrowe w wyniku wojny wprowadzają do atmosfery ogromne ilości sadzy i pyłu. Modele wskazują, że mogłoby to doprowadzić do dramatycznego ochłodzenia i załamania produkcji rolnej. Jednak wykorzystanie broni jądrowej jako narzędzia geoinżynieryjnego byłoby skrajnie niebezpieczne i nieprzewidywalne. Po pierwsze eksplozje generują radioaktywne skażenie i zniszczenia. Po drugie skład chemiczny chmur powstałych w wyniku detonacji różni się od czystych aerozoli siarczanowych. Sadza silnie absorbuje promieniowanie, co może prowadzić do ogrzewania stratosfery i złożonych efektów dynamicznych. Taki scenariusz jest traktowany przez naukowców raczej jako ostrzeżenie niż realna opcja.

Pinatubo pokazał, że naturalny wulkaniczny eksperyment był stosunkowo czysty w porównaniu z wojenną detonacją.

Dwutlenek siarki został wprowadzony wysoko do stratosfery i równomiernie rozprzestrzenił się wokół globu. Mimo to skutki regionalne były zróżnicowane. To podkreśla trudność w precyzyjnym sterowaniu klimatem. System klimatyczny to sieć sprzężeń zwrotnych między atmosferą, oceanami, biosferą i lodowcami. Zmiana jednego parametru może wywołać nieoczekiwane reakcje w innych obszarach. Warto też podkreślić, że zarządzanie promieniowaniem słonecznym nie rozwiązuje problemu zakwaszenia oceanów. Dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie morskiej, tworząc kwas węglowy i obniżając pH. Nawet jeśli temperatura powierzchni Ziemi zostałaby ustabilizowana dzięki aerozolom, chemia oceanów nadal ulegałaby zmianie. To oznacza, że geoinżynieria radiacyjna byłaby co najwyżej środkiem łagodzącym, a nie pełnym rozwiązaniem kryzysu klimatycznego. Erupcja Pinatubo dostarczyła także cennych danych do walidacji modeli klimatycznych. Naukowcy mogli porównać przewidywania dotyczące ochłodzenia z rzeczywistymi pomiarami temperatury, opadów i składu atmosfery.

Okazało się, że modele w dużej mierze trafnie odtworzyły skalę spadku temperatury.

To zwiększyło zaufanie do prognoz dotyczących przyszłego ocieplenia oraz potencjalnych efektów geoinżynierii. Jednocześnie pokazało, że nawet dobrze skalibrowane modele mają ograniczoną zdolność przewidywania regionalnych zmian.